Российский медицинский информационный ресурс rosmedic.ru
Особенности биообъектов как источников измерительной информации

Вследствие большой морфологической и функциональной сложности биологического организма в нем возможно наличие большого количества возможных состояний. При этом на него непрерывно воздействуют различные физические и психические факторы, вызывающие активацию и ответную реакцию тех или иных подсистем регулирования.

Поэтому поведение организма, подвергшегося физическому воздействию одного и того же уровня в разные моменты времени, носит вероятностный характер. Точный учет самих воздействующих факторов и получаемых при этом результатов обычно невозможен. Последнее особенно сильно касается психофизиологических факторов, количественная оценка которых затруднена.

При оценке состояния организма в полном объеме необходимо использовать все методы и измерительные операции, известные в технических науках. Это следствие того, что в организме есть все то, что мы знаем об окружающем нас мире, а также много такого, о чем мы пока даже не догадываемся. Он является и химическим заводом огромной сложности и генератором энергий, частным видом которой является электрическая, и источником излучений, находящихся в полосе частот от инфранизкочастотного до оптического диапазонов, а может быть и до рентгеновского, что пока еще не установлено. В организме использованы все принципы, которые изучаются в физике, механике и других технических науках. Из-за большого количества параметров, характеризующих биологическую систему, затруднена возможность их одновременного фиксирования.

Измеренные и зарегистрированные параметры и показатели определяют состояние системы существенно неоднозначно. Это есть следствие того, что состояние равновесия системы (индивидуальная норма) может обеспечиваться при разных величинах определяющих параметров, которые взаимосвязаны между собой. На сегодняшний день не разработаны эффективные математические модели, позволяющие адекватно характеризовать состояние организма по значениям отдельных физических параметров. Из-за отсутствия количественных характеристик состояния и функций биологической системы, затруднительно предсказать результаты внешних воздействий, которые для организма являются факторами, возмущающими его гомеостаз. Это относится и к тем случаям, когда воздействия претендуют на роль управляющих и должны вызвать определенную реакцию организма.

Неоднозначность реакции на один и тот же набор физических воздействий, а также воздействий, осуществляемых на разные уровни иерархии, указывает на то, что биосистемы по своей сущности нестационарны.

Для биосистем характерно наличие неспецифичных ответных реакций на разнородные внешние воздействия. Это обусловлено тем, что в рамках одной и той же функциональной системы совместно и слаженно работают разнородные рзаимосвязанные подсистемы разного пространственного масштаба с разными постоянными времени и с качественно различными управляющими ими сигналами. Из-за нестационарности системы и наличия множества подсистем управления, взаимосвязанных между собой, для получения достоверной информации требуется значительное время наблюдения (время эксперимента).

Интерпретация полученных результатов затруднена в связи с тем, что патологические явления, возникающие или проявляющиеся в тех или иных подсистемах, могут влиять через высшие уровни управления на всю систему, изменяя характер процессов в ней.

Для биологических организмов характерна изменчивость и индивидуальность параметров и показателей и, даже на групповом уровне, их зависимость от национальных, возрастных, генетических и климатических особенностей.

Поэтому приходится всегда описывать свойства группы, в которой проводятся исследования одних и тех же проявлений.

Для установления каких-либо закономерностей в медицине широко применяются методы математической статистики. Это обусловлено тем, что из-за субъективности и многофакторности получаемых результатов установить объективные закономерности можно только после математической обработки достаточно большого массива статистического материала. Получение его часто затруднительно, так как некоторые биологические процессы по длительности соизмеримы с продолжительностью существования биологической системы. И даже в случаях, когда определение интересующего параметра или показателя можно выполнить очень быстро, набор статистического материала, его осмысливание, с целью установления объективных закономерностей, занимает значительные промежутки времени.

Исследования состояния биологических систем целесообразно проводить в условиях их реального существования. Для установления влияния отдельных факторов на жизнедеятельность организма, исследования иногда выполняются в условиях, существенно отличающихся от встречающихся в обычной жизни (в условиях невесомости, ограниченности подвижности, наличия повышенной или пониженной температуры окружающей среды, влажности, ионизирующих или электромагнитных излучений, освещенности и т.д.).

Для получения информации о многообразных процессах в организме приходится проводить комплексные исследования. При формировании программ их проведения используются разнообразные по длительности и природе процедуры, применяются разнородные по принципу действия измерительные преобразователи, разнообразные методы тестовых воздействий на организм и выявления реакций на них биологических организмов.

Все методы оценки физических параметров и характеристик организма можно разделить на две группы:

  • неинвазивные;
  • инвазивные.

При неинвазивных методах во время выполнения измерительных операций целостность кожного покрова не нарушается.

Получение информации с помощью инвазивных методов связано с нарушением целостности поверхности биологического организма.

Как правило, при инвазивных и неинвазивных методах не удается полностью избежать взаимодействия биологического организма и измерительного преобразователя. В ответ на "подключение" измерительного преобразователя в организме возникают ответные реакции, которые "изменяют" его состояние. Поэтому все измеряемые параметры характеризуют не только состояние организма, но и его реакцию на внешнее возмущение, созданное измерительным преобразователем. Взаимодействие присутствует всегда, и степень его влияния для разных преобразователей различается только уровнями вносимых внешних возмущений.

Из сказанного следует вывод, достаточно важный с методологической точки зрения: при любых измерительных операциях невозможно определить те параметры и показатели, которые характерны в данный момент времени для биологического организма. Все получаемые результаты зависят от состояния организма и его взаимодействия с измерительными преобразователями, с помощью которых получают измерительную информацию.

Любые измерительные преобразователи, даже вроде бы совсем "невинные", с помощью которых определяется разность электрических потенциалов на кожном покрове, вносят возмущения в объект измерений и изменяют его показатели, параметры и характеристики.

Из этого следует важный для разработчиков медицинской аппаратуры вывод: если при выполнении операций получения информации о свойствах биологического объекта невозможно избежать взаимодействия между биообъектом и измерительным преобразователем, то для обеспечения однозначности и воспроизводимости получаемых результатов, а также для установления "видовой нормы" на измеряемый параметр, аппаратуру необходимо выполнять так, чтобы уровень вносимого внешнего возмущения не зависел бы от индивидуальных свойств конкретного Организма.

Так, если возмущение имеет форму силы, то она должна быть одинаковой для различных биообъектов. Если возмущение имеет форму электрической энергии и основную роль в возникновении реакции играет тепловое возмущение, то аппаратура должна выполняться так, чтобы в любых организмах с разными электрическими параметрами рассеивалось бы неизменное значение этой энергии.

Только при неизменном значении возмущающего воздействия, вносимого измерительным преобразователем, можно надеяться на воспроизводимость получаемых результатов. Поэтому данные о количественных значениях тех или иных параметров, без сведений о том, с помощью какой аппаратуры они получены, не являются достаточно информативными и не подтверждаются при измерениях с помощью другой аппаратуры.

В этом одна из существенных особенностей биомедицинских измерений, которая плохо учитывается техническими специалистами. Измерения параметров биообъектов достаточно сложны. Это обусловлено:

  • малыми абсолютными значениями измеряемых величин;
  • большими значениями внутренних шумов, обусловленных одновременной работой многих подсистем
  • большими значениями внешних помех и наводок;
  • сложностями с надежной фиксацией измерительных преобразователей и определением их точного местоположения;
  • нестабильностью и нестационарностью результатов, получаемых с помощью измерительных преобразователей;
  • недостаточно хорошей воспроизводимостью результатов, получаемых с помощью одной и той же аппаратуры.

Из-за вышеперечисленных обстоятельств чисто технократический подход, при котором плохо учитываются свойства объекта измерений, не всегда приемлем для решения задачи создания технических средств для проведения диагностических исследований. При получении информации биомедицинского характера приходится решать проблемы методического характера (разработка метода исследования), а также ряд технических задач, связанных с созданием конкретных технических средств для получения биомедицинской информации.

 
« Пред.   След. »
 
 
Rambler's Top100